Elektrische auto

Hyundai Ioniq Electric

Renault ZOE Q210

BMW i3 (2014)

Er is een groeiend aantal autofabrikanten die in Nederland volledig elektrische personenauto's of bestelbusjes (FEV) leveren. De fabrikanten zijn in alfabetische volgorde:

De Fiat 500e wordt niet nieuw in Europa verkocht en deze auto is vooralsnog uitsluitend in twee staten in Amerika in (California en Oregon) leverbaar. Sinds 2016 worden er exemplaren van deze 100% elektrische fiat 500 naar Europa geëxporteerd en rijden er in Nederland al enkele rond. De Th!nk City van de Noorse fabrikant Th!nk is in 2009 door de RDW toegelaten op de Nederlandse wegen, maar het bedrijf is in 2011 failliet gegaan. Daarnaast zijn er 89 modellen plug-inhybride voertuigen (PHEV) van tien fabrikanten en vier modellen elektrische voertuigen met range extender van drie fabrikanten.[19] De Fisker Karma is ook een elektrische auto met range extender die op de Nederlandse wegen te zien is, maar is niet meer leverbaar. Opvallende afwezige in het rijtje van FEV-fabrikanten is de grootste autofabrikant Toyota[20] (de Toyota I-Road is niet in Nederland te koop). Audi, Porsche en Volvo leveren uitsluitend PHEV-modellen, geen FEV's. Deze drie fabrikanten hebben wel aangekondigd volledig elektrische modellen op de markt te brengen in 2018 of 2019. Renault en Nissan leveren geen PHEV-modellen. Tesla maakt uitsluitend FEV's.

Voor België is de lijst:[21]

Tesla-motoraandrijving (links) en inverter (rechts) aan de achterzijde

De elektrische tractie kan uitgerust zijn met een single-motor of een multi-motorsysteem. Een single-motor is een centraal motorblok dat via een differentieel de verschillende wielen aandrijft (twee- of vierwielaandrijving). Een dual motorsysteem is een vierwielaandrijving waarbij ieder wielstel een motor met een differentieel heeft. Tot slot is een systeem mogelijk van vier onafhankelijke wielmotoren (In Wheel Motor). Hierbij worden de snelheidsverschillen door slip of bochten per wiel elektronisch op elkaar aangepast.

Bij een motor wordt de omwentelingssnelheid door een inverter geregeld die van de gelijkstroom van de accu een driefasige spanning maakt voor een driefasige asynchrone motor. De hierbij traploos te genereren frequentie bepaalt de snelheid. Hierdoor is geen versnellingssysteem nodig en heeft de motor bij iedere snelheid hetzelfde rendement. Via tandwielen wordt het koppel vergroot en een lagere omwentelingssnelheid gerealiseerd.

De tractie is vaak zo gemaakt dat de motor ook gebruikt kan worden voor recuperatief remmen waarbij de motor als dynamo gebruikt wordt om de accu op te laden. Indien de auto zodanig is afgesteld dat het loslaten van het gaspedaal leidt tot remmen, dan wordt gesproken van een one-pedalsysteem. Een elektrische auto heeft naast het remsysteem via de motor vrijwel altijd ook een mechanisch remsysteem.

De elektrische energie wordt opgeslagen in een tractiebatterij. Werden voorheen loodaccu's gebruikt, sinds de opkomst van lithium-ion voor de mobiele telefoon en laptop wordt ook bij de elektrische auto van dit type accu gebruik gemaakt. Een tractiebatterij bestaat uit een aaneenrijging van duizenden batterijcellen. Bij elkaar geven deze een voltage van enige honderden volt. De capaciteit van een accu wordt uitgedrukt in kilowattuur (kWh).

Het doel van wetenschappers is om een batterij te ontwikkelen die de elektrische auto een even grote actieradius geeft als de benzineauto (800 km)[22] en duizend maal kan opladen en ontladen zonder capaciteitsverlies.[23] Voorbeelden van batterijen in ontwikkeling zijn de metaal-luchtbatterij,[24] lithium-luchtbatterij[22] en redox-flow-accu.[25] De Goodenough-glasbatterij zou een doorbraak kunnen worden door de hogere energiedichtheid en lage prijs.[26] Door de inzet van nanotechnologie kan een batterij zelfs na duizend oplaad/ontlaadcycli nog 97% van de oorspronkelijke capaciteit behouden.[27]

De prijs van accu's is gedaald van duizend dollar per kWh in 2010 tot 227 dollar in 2016 en zal naar verwachting in 2020 gezakt zijn naar 100 dollar per kWh, een factor tien goedkoper in tien jaar tijd.[28] Kostte bijvoorbeeld een 30kWh-accu (aanwezig in het 2017 model van de Nissan Leaf) in 2010 nog 30.000 dollar, en in 2017 7500 dollar, in 2020 zal dat 3000 dollar zijn.

De voor- en nadelen van de volledig elektrische auto met accu ten opzichte van een auto met een verbrandingsmotor op benzine zijn:

De milieu-effecten van de elektrische auto tijdens de gehele levenscyclus kunnen worden opgedeeld in drie fases: de productie van de auto (inclusief productie van de aandrijfbatterij), het rijden (inclusief de elektriciteitsproductie die nodig is om de aandrijfbatterij op te laden) en het recycleren van auto en aandrijfbatterij.

Elektrische wagens veroorzaken tijdens het rijden geen uitstoot van koolstofdioxide (CO₂) en stikstofoxide (NO_x). Door slijtage van de remmen en banden komen wel fijnstofdeeltjes vrij, maar door het regeneratief remmen vindt er minder slijtage aan de remblokjes plaats hoewel er door het soms hogere gewicht van een elektrische auto er meer slijtage van de banden en het wegdek plaatsvindt ten opzichte van een gemiddelde auto met verbrandingsmotor. Hoe groot het lokale effect hiervan is ten opzichte van een benzineauto is nog niet goed onderzocht.[42]

Tijdens het rijden verbruikt de auto elektrische energie. Wanneer de auto wordt opgeladen bij een oplaadpunt waarvan de elektriciteit afkomstig is van zonnepanelen of een groene-stroomleverancier, dan rijdt hij op duurzaam geproduceerde elektriciteit.[43][44] De snellaadstations van Fastned leveren 100% groene stroom van zon en wind.[45] De energiebron van andere laadpalen is moeilijker vast te stellen.[46] Volgens TNO, die de gehele cyclus van bron tot verbruik met alle ins en outs heeft uitgerekend, produceert een elektrische auto beduidend minder CO₂ dan een conventionele auto. Bij de elektriciteitsmix van 2014 stoot een volledig elektrische auto zo'n 35% minder CO₂ uit dan een conventionele auto. Dit kan nog verbeteren als het percentage duurzame elektriciteit omhoog gaat en de efficiëntie van de auto's verder stijgt.[47]

Wat betreft de geluidsoverlast tijdens het rijden presteert de elektrische auto beter dan de auto met verbrandingsmotor, vooral binnen de bebouwde kom.

De milieubelasting die optreedt bij de productie en afschrijving van elektrische auto's, exclusief de aandrijfbatterij, is gelijk aan of kleiner dan die bij traditionele auto's. Elektrische auto's hebben echter zwaardere aandrijfbatterijen. De milieubelasting van productie en afschrijving hangt af van het type aandrijfbatterij. De metalen nikkel, kobalt en ijzer in nikkel-metaalhydride-accu's (NiMH) zijn goed recycleerbaar.[48] Bij lithium-ion-accu's zijn er twee fasen: het tweede leven van de aandrijfbatterij als energieopslagsysteem in gebouwen en bij het einde van de levensduur kunnen vooral aluminium, koper en kobalt teruggewonnen worden.[48]

Lithium-ionbatterijen verliezen, afhankelijk van de omgevingstemperatuur, na 5 tot 20 jaar zo'n 20% van hun capaciteit. Met name langdurige blootstelling aan temperaturen boven de dertig graden Celsius heeft een nadelig effect. Andere nadelige factoren zijn snel optrekken en remmen en hoe vaak er gebruikgemaakt wordt van snelladen.[49]

Lithium-ionbatterijen bevatten hoofdzakelijk nikkel, kobalt, mangaan en lithium en daarnaast in kleinere hoeveelheden ijzer, aluminium en koper. Deze metalen zijn recycleerbaar.[50] Lithium maakt slechts 1 procent van het aandrijfbatterijgewicht uit en is daardoor geen grote beperkende factor.[48] Uit milieu-oogpunt is recycleren beter, maar of recycleren van deze grondstoffen economisch rendabel is hangt af van de grondstofprijzen op de wereldmarkt.

Een ander, zowel ecologisch als ethisch pijnpunt is de ontginning van met name kobalt, veelal in Congo, nodig voor de productie van batterijen. Deze mijnbouw is niet alleen ecologisch twijfelachtig, maar impliceert vaak ook kinderarbeid.[51][52][53] In 2018 werd een proefproject opgestart om de ontmijning van kobalt in de zogenaamde artisanale mijnen van begin tot einde op te volgen om zo de problematiek van slechte arbeidsomstandigheden en kinderarbeid aan te pakken en te verzekeren dat de kobalt die men aankoopt op een ethische manier is ontgonnen.[54]

Elektrische auto's hebben een energie-efficiëntie waarbij 74% tot 94% wordt omgezet in voortbeweging.[55] Een auto met benzinemotor haalt een efficiëntie van 14% tot 30%[56] en de hybride 25% tot 40%.[57] Het grootste energieverlies van een auto met benzinemotor is de warmte die deze produceert en niet voor de voortbeweging gebruikt kan worden.

De actieradius, ook wel bereik of range, is de afstand die een voertuig kan afleggen met een volle tank of accu. De eerste elektrische auto, ontworpen door Ferdinand Porsche, uit 1898 had een actieradius van 49 mijl (79 km).[58] In 2017 is de elektrische auto met de grootste actieradius de Tesla Model S 100D met 515 kilometer.[59] De actieradius wordt hoofdzakelijk bepaald door de capaciteit (kWh) van de accu, en daarnaast door factoren als de efficiëntie van de motor, stroomlijn, rolweerstand van de banden, recuperatief remmen, totaalgewicht van de auto, buitentemperatuur, (tegen)wind, en rijgedrag van de bestuurder.[60]

De fabrikant vermeldt de actieradius van een voertuig op basis van de NEDC norm. Dit zijn echter waarden die gemeten zijn onder laboratorium omstandigheden.
De praktische actieradius van een elektrische auto hangt af van eerder genoemde factoren. Om een beter inzicht te krijgen wordt hiervoor conform de Elektrische Voertuigen Database (EVDB) een indeling met zes indicaties gehanteerd, en die ook door autofabrikanten is overgenomen:

• Stad – Winter
• Stad – Zomer
• Snelweg – Winter
• Snelweg – Zomer
• Gecombineerd – Winter
• Gecombineerd – Zomer

Toelichting:

• Stad: hierbij wordt uitsluitend binnen de bebouwde kom gereden. Het verbruik zal erg laag zijn, omdat de rijsnelheden laag zijn en omdat tijdens het remmen de remenergie wordt omgezet in elektrische energie, die weer naar de accu's wordt teruggevoerd.

• Snelweg: hierbij wordt uitsluitend op snelwegen gereden en niet op N-wegen. Hierbij gaat het om het constant aanhouden van hoge snelheden.

• Gecombineerd: hierbij wordt een mix gemaakt van de van stad, N-wegen en snelwegen. Omdat hierbij de ritten van de bestuurders sterk van elkaar verschillen, wordt hieruit een gemiddelde berekend.

• Zomer: hierbij wordt een buitentemperatuur gehanteerd van 23 °C, zonder gebruik van airconditioning.

• Winter: hierbij wordt een buitentemperatuur gehanteerd van -10 °C en continu gebruik van de verwarming.

Een auto op brandstof heeft zo'n achthonderd losse delen, een elektrische auto zo'n twintig, inclusief de vier wielen.[61] Een hybride auto is complexer doordat hij zowel een benzinemotor als een elektromotor heeft. Een 100% elektrische auto heeft geen verbrandingsmotor, geen benzinetank, geen versnellingsbak, geen uitlaat, geen katalysator, veel minder bedrading, geen distributieriem, geen bougies, geen motorolie en filters.[62][63] Minder onderdelen betekent dat er minder kapot kunnen gaan of aan slijtage onderhevig zijn. Daardoor is het onderhoud goedkoper. Verder betekent minder bewegende onderdelen dat er minder energie in de vorm van warmte verloren gaat door wrijving tussen de onderdelen. Hoe minder onderdelen, hoe groter de efficiëntie. Dit alles geldt niet voor een elektrische auto met range extender.

Voor het opladen van een elektrische auto is een oplaadpunt nodig. Er zijn diverse vermogens. Opladen kan via het lichtnet maar ook krachtstroom wordt gebruikt, met name voor zwaardere auto's. Betalen bij een publiek laadpunt gaat met een laadpas. Er bestaan ook snelladers die vooral bij tankstations langs snelwegen geplaatst worden. Diverse autofabrikanten experimenteren met draadloos opladen.

Wereldwijd werd in 2016 de mijlpaal van twee miljoen elektrische auto's (FEV's en PHEV's) gepasseerd, zestig procent meer dan een jaar eerder. Volgens schattingen van de autofabrikanten worden er dat in 2020 9 tot 20 miljoen en in 2025 tussen de 40 en 70 miljoen.[64][65]

Volvo brengt vanaf 2019 alleen nieuwe modellen op de markt die geheel of gedeeltelijk op een accu rijden.[66] Het is de eerste grote autofabrikant ter wereld die dit gaat doen.

Onderzoekers vrezen echter voor toenemende competitie in de vraag naar de kritieke metalen, nodig voor de productie van elektrisch vervoer. Deze schaarste zou de ontwikkeling kunnen afremmen,[67]

Portaal Auto

Zie de categorie Electrically-powered automobiles van Wikimedia Commons voor mediabestanden over dit onderwerp.